전기차는 주요 부품과 구동 원리에서 내연기관 차량과 큰 차이가 있죠. 이번에는 전기차의 구조와 작동원리, 각 부품의 역할에 대해서 간단히 알아보겠습니다.
엔진 대신 모터, 연료탱크 대신 배터리!
전기차는 내연기관의 엔진과 변속기, 연료탱크 등의 주요 구동계의 역할을 모터와 감속기, 배터리가 담당하게 됩니다.
엔진이 작은 전기 모터로 변경되고, 연료 탱크 대신 배터리가 차량 바닥으로 깔립니다. 다단 트랜스 미션도 구조가 단순한 감속기가 대체하게 되어 기존 엔진차와 다른 새로운 공간 디자인이 가능해집니다.
예를 들어, 테슬라는 엔진차에 없던 Frunk 라는 새로운 공간을 만들어 내었습니다. 모델 S가 처음 나왔을 때 큰 이슈가 되었죠.
보닛을 열었더니 빈공간이 쫙~. 모두가 깜짝 놀랐습니다. 덕분에 출시 초반에는 모터쇼에도 보닛을 열어서 Frunk를 볼 수 있도록 전시한 차들이 많았습니다.
그 결과 테슬라 모델S 구매자의 Frunk 인증샷이 수없이 양산되며 인기를 끌었죠.
전기차의 작동원리
그럼, 바뀐 부품들이 어떻게 작동될까요?
사진 : 아이오닉 일렉트릭 구조.
우선 완속/급속 충전기를 통해 리튬 배터리를 충전합니다. 배터리는 충전된 DC전류를 인버터로 보내고, 인버터의 AC/DC 컨버터에서 배터리에서 받은 DC전류를 AC 전류로 변환하여 모터로 보내어 모터를 구동합니다.
엔진의 직선적인 피스톤 운동과 다르게 모터는 회전력을 생성하므로, 바로 이 회전력을 감속기가 적절한 속도, 토크로 구동축을 통해 휠에 전달하면 끝.
전기차 주요 부품들
언급된 주요 부품들을 조금 더 자세히 살펴볼까요?
# 모터
내연 기관의 엔진과 같은 역할이죠. 배터리에 저장된 전기를 이용하여 차량을 구동시킵니다. 현재는 AC모터를 많이 사용하지요.
이 작은 모터에서 상당히 강력한 토크와 힘을 내는데요, 코나 일렉트릭의 모터는 204ps에 41kgf.m로 산타페 디젤 2.0엔진 이상의 출력과 토크를 보여줍니다. (링크: 전기차 모터에 대해 알아보자)
# 배터리
전기차에 필요한 고용량 전력을 저장하는 DC 배터리는 리튬이온 배터리를 사용합니다.
배터리에 저장된 전력량은 kWh 단위로 표기되는데요, 클 수록 주행거리가 늘어나죠. 예를 들어 200키로를 달리는 아이오닉은 28kWh, 400km를 달리는 코나는 64kWh의 용량을 갖고 있습니다.
테슬라나, 볼트 EV처럼 아예 전기차를 염두에 두고 만든 차들은 배터리가 밑에 쭈욱 깔리게 설계된 경우가 많습니다.
그러나, 아이오닉 일렉트릭처럼, 하이브리드, 플러그인 하이브리드도 함께 고려한 모델의 경우, 엔진, 미션 등이 들어가기 때문에 시트 아래 쪽을 배터리 공간으로 많이 사용했죠.
# 감속기
이 사진은 볼트 EV의 모터와 감속기입니다. 왼쪽 부분이 모터이고, 기어가 달린 부분이 감속기죠. 모터가 회전하면 감속기는 회전력을 적절한 속도와 토크로 바꾸어서 휠에 전달합니다.
내연기관에서 많이 쓰이는 미션에 비해서 크기가 정말 작습니다. 모터의 경우 토크가 일정하게 뿜어져 나오고, 직접 모터의 회전력을 조절할 수 있기 때문에 내연기관처럼 다단 미션이 필요가 없죠. 따라서 구조가 훨씬 단순하여 크기를 줄일 수 있습니다.
물론, 저 RPM에서의 토크 낭비나, 모터 과부하, 고속 영역에서의 필요성 등으로 다단 미션이 적용된 경우도 있지만 (포뮬러 E, 테슬라 로드스터), 비용/성능 효율 측면에서 현재 대세는 1단입니다.
# 인버터(inverter) / OBC (on board charger) / DC-DC 컨버터
인버터는 배터리의 고전압 DC(직류) 전류를 고전압 AC(교류) 전류로 변환하여 모터에 공급하는 역할을 합니다. 고전압 AC의 주파수 및 전압을 정밀하게 제어해서 모터의 출력을 조절합니다.
OBC는 AC 완속 충전을 하거나, 휴대용 충전기로 AC 220V에 꽂아서 충전을 할 때, 전력망의 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 구동용(고전압) 배터리를 충전하는 장치입니다.
DC-DC 컨버터는 구동용 배터리의 350V에 이르는 고전압을 오디오 및 각종 전자장비에 적합한 저전압(12V)으로 변환하여 줍니다.
전기차의 기본적인 구조를 이해하는 데 도움이 되셨나요? 언급되지 않은 BMS(Battery Management System)같은 부품들을 비롯한, 주요 부품에 대한 더 자세한 내용은 별도 꼭지로 다루도록 하지요.
